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Mathematica 9으로 하는 음악 연구
By James H. Choi
http://Korean.SabioAcademy.com
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Mathematica 9 에는 내가 언제부터인가 학수고대하던 기능이 드디어 포함 되었다. 이 중요한 기능이건만 하도 다른 혁신적인 기능이 새로 등장하는 바람에 정작 이 중요한 기능은 광고에 나오지도 않는다.
이 기능은 음악을 연구하는데 아주 중요하다. 예를 들어 음악이 바하의 곡인지 모짜르트의 곡인지 자동으로 구분하는 인공 지능 알고리즘을 만들어 내는 연구를 하기 위해서는 컴퓨터에게 입력시킬 수 있는 바하의 음악과 모짜르트의 음악이 필요하다.
한데 이 재미있는 연구를 하기 위해서는 첫 난관이 있으니 어떻게 그 많은 음악을 컴퓨터에게 어떤 노트가 어떤 음으로 얼마나 오래 지속되었는가를 입력하냐는 것이다. 악보를 자동으로 읽어 낸다면 해결이 되겠다. 내가 멘토한 학생 Hyunjoon Song 이 한 연구가 바로 이 악보를 스캔해서 인식하는 연구였는데 이 연구로 ISEF에서 4등을 수상했다. 하지만 아직도 수많은 font와 크기와 style로 인쇄된 악보를 다 인식한다는 것은 아직 요원한 단계이다.
하지만 해결책은 아주 간단하다. 인쇄된 책 ↔ Word file 에 해당되는 악보 ↔ MIDI file 이 있다. 즉 MIDI (Musical Instrument Digital Interface)란 컴퓨터에게 모든 음표의 높이, 길이 그리고 강도를 정확히 전달해 주는 file이다. 명곡은 이미 거의 다 MIDI로 나와 있기 때문에 이 파일만 읽어낼 수 있다면 단숨에 모든 명곡의 모든 음표를 내 손에 거머쥐게 되는 것이다.
Mathematica 는 여태까지 MIDI file을 생성을 할 수 있었지만 읽지는 못했다. 위에 언급한 Hyunjoon Song도 이 MIDI export 기능을 사용하여 자신이 읽은 악보를 연주할 수 있었다. 한데 이 학수고대하던 MIDI file import 기능이 이번 Mathematica 9에 조용히 등장한 것이다. 그동안 Wolfram Research에 이 기능이 필요하다고 수차 건의하고 “기능이 만들어지면 알려 드리겠습니다”라는 email도 받았는데 약속 어기고 통지도 없이 조용히 등장했다. http://reference.wolfram.com/mathematica/ref/format/MIDI.html
내가 가르치는 학생 중에 음악에 심취한 학생이 많다. 이들은 과학 연구를 해도 음악과 관계 된 것을 하여 님도 보고 뽕도 따려고 한다. 이번 MIDI file을 읽는 기능과 함께 이 학생들에게는 엄청난 자료의 세계가 열린 것이고 그 방대한 자료로 무엇을 어떻게 연구 할 것인가는 각 학생이 즐겁게 고심해야 할 일이다.
이 글의 영어버젼: Musicology Research with Mathematica 9
매스매티카 메스메티카 매스메티가 메스매티카
제 2회 Junior Science Reseach Course 개강 (SR90)
안녕하세요.
사비오 아카데미 원장 Monica Lee입니다.
두번째의 SR90 코스 개강을 알려 드립니다.
SR 90이란 무엇인가?
SR90 코스는 4주마다 새로운 연구를 디자인에서 리포트까지 완성하여 제출하도록 하는 코스입니다. Dr. Choi 께서 지도 하시는 다른 SR 코스와는 달리 자료 분석을 가르치는 것이 아니라 Dr. Choi께서 가르치신 경험상 학생들의 약점으로 나타난 실험 디자인과 리포트 작성에 중점을 둡니다.
이 코스는 과학연구를 시도하는 학생이 과학이 무엇인지 모른다는 사실, 그리고 연구를 잘 하고도 리포트를 제대로 작성할 줄 몰라 결과가 수포로 돌아가는 경우가 비일비재하다는 충격적인 사실에 대한 해결책으로 만들어진 코스입니다. 대부분의 학생이 레시피 따라 요리하듯 시키는 대로는 하지만 왜 이런 절차가 필요한지 깨닫지 못하고 있어서 아예 절차를 직접 정해 프로젝트에 필요한 ”Writing a Research Paper” 란 무엇인지 배우도록 하는 코스 입니다.
이번에 개강하는 SR90의 특징은?
Dr. Choi 께서 올 3월 초 부터 중학생을 위한 과학연구 코스 SR90 를 진행해 오셨고 현재 7가지의 프로잭트를 complete 하였으며 각각의 프로잭트를 통해 학생들이 research paper 쓰는데 능숙해 져 가는 것이 학생들이 문의 하는 질문만으로도 평가를 할 수 있고 기본적인 배경연구, 관찰과 질문, 자료 측정, 보고서 쓰기 등 에 첫 project 때 보다 현저하게 향상된 결과를 보여 주고 있습니다. 물론 등록한 모든 학생들이 다 이 코스를 잘 하고 있는 것은 아닙니다. 학생들이 technology 다루는 점에서 어려워하여 이 코스를 중도하차 한 학생들도 몇 명 있습니다. 하지만 이코스를 통해 5~8th grade 학생들이 고등학생수준과 맞먹는 또는 넘는 수준의 report를 쓰는 학생들도 여러명이 있습니다. 그러므로 학교에서 Science Fair 에 참여하는 학생과 Science, Engineering and Medicine 공부를 염두에 두고 있는 학생들에게 권해 드립니다.
SR90의 대상은?
6학년에서 8학년의 학생입니다.
SR90에서 배우는 내용은?
이번에 새로 시작하는 2번째 SR90 코스는 4주 주기로 7개의 실험을 디자인, 실험, 리포트작성을 하게 됩니다. 실험 자체는 몇 시간이면 완성할 수 있지만 과학적으로 하자가 없는 실험 절차를 디자인하고 흠잡을 곳이 없는 리포트를 작성하기 위해서는 (최소한 초기에는) 여러 시간이 소요될 것이라 한 실험당 4주의 시간 여유를 주는 것입니다. 코스가 진행되면서 학생들은 점차로 실험 디자인과 리포트 작성을 점점 쉽게 해내기 시작할 것입니다. 7개가 넘는 실험을 하는 이유는 1. 다방면에 학생을 노출시켜 견문을 넓히고 2. 반복되는 디자인과 리포트 작성으로 모든 실수를 완전히 수정하기 위해서입니다.
SR90에서 사용하는 Software는?
이 코스는 Mathematica 도 프로그래밍도 가르치지 않고 MS Word를 과학연구논문 쓰는 도구로, MS Excel을 과학 자료 분석, 그래프 하는 도구로 자유자재로 사용할 수 있도록 가르칩니다. 실험을 결론을 내리기 위한 기본 통계학도 가르칩니다
이 코스를 수강하기 위해서는 Algebra를 아직 안 배웠어도 되지만 호기심과 의욕은 있어야 합니다.
SR90를 수강하고 나면 할 수 있는 것은?
7개의 연구를 마치고 나면 학생들은 실험 디자인과 리포트 작성의 달인이 되어 있을 것입니다. 이 학생들이 과학경시대회에 참가하게 되면 절차를 어기는 위험 없이 형식에 어긋난 리포트를 쓰는 우려 없이 참된 연구에 매진할 수 있습니다. 그리고 과학 페이퍼를 쓰는데 대한 거부감이나 두려움이 없어질 것입니다.
SR90는 언제 시작하며 수강료는 얼마인가?
이 코스는 11월 23일 부터 시작 됩니다. 아래 이 코스에 대한 상세한 정보, 등록 방법 그리고 구독자 디스카운트를 받는 방법이 설명되어 있습니다.
1. 수업횟수 – 28회. 4주 단위로 새로운 실험을 함
2. 7가지의 프로젝트
3. 교육비: $700.00
4. 뉴스레터를 통해11월 19일 까지28회 등록과 교육비 지불하신 경우: $600.00
5. 수업 일정 금요일 8:30pm~9:30pm 시카고시간
6. 선생: Dr. James Choi
7. 인원: minimum 15명
연구를 위해서는 어떤 장비가 필요한가?
- Windows 를 사용하는 컴퓨터. Mac 이라도 Windows를 실행할 수 있으면 됩니다.
- -20ºC ~ 110ºC 측정이 가능한 온도계 $4.50
- 노출의 수동 조작이 가능한 Digital Camera
- Voltmeter $9.21
- Solar Panels $16.48
- Nerf Gun $12.95
- 새 테니스 공 3개
어떤 software가 필요한가?
- Microsoft Office 2010
- GIMP (무료 다운로드 http://gimp.org)
연구 주제는 무엇인가? (변경될 수 있습니다)
- 사진은 전체가 다 똑같이 선명한가? 4w
- 5일, 10후의 일기예보는 얼마나 정확한가? 4w
- 거리와 전구 밝기의 관계 4w
- Solar Panel과 빛사이의 각도는 전기 생산에 어떤 영향을 미칠까? 4w
- 어느회사 배터리가 가장 오래 가나? 4w
- 크림탄 커피가 더 오래 따뜻하다는데 정말일까? 4w
- 포물체 운동. 각도와 대포가 떨어지는 거리의 관계 4w
- 온도따른 테니스공의 탄력 차이 4w
수업진행 방법은?
WebEx (무료) 사용하여 1주일 1회 온라인으로 학생들을 지도 합니다. 인터넷만 들어오는 곳이면 세계의 어디에서나 수강할 수 있습니다.
등록을 원하시면, 여기의 링크 에 가셔서 문서를 작성 해 주십시오.
2012 년 11월 19일 까지 28회 등록하신 뉴스레터 구독자 분에 한해 discount 혜택이 있으니 등록 날짜를 꼭 엄수해 주세요. 새 학생인 경우 여기 에 새 학생 등록을 해주세요. 새 학생인 경우 registration fee $50이 있습니다.
수업에 대한 문의 사항이 있으시면 저희 사무실에 연락 주십시오.
연락처는 sabio.admin@sabioacademy.com 이며 사무실 번호는 847-219-8817 입니다.
저의 일리노이 Regional Science Fair 경험
저의 일리노이 Regional Science Fair 경험
By Monica Lee
http://Korean.SabioAcademy.com
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제가 해마다 과학 경시대회에 학생들을 준비 시키고 또 Regional Fair 에서 심사를 하는 역할을 하면서 보고 느낀 것을 알려 드리겠습니다.
일리노이 주 Regional Science Fair는 매년 3월에 있습니다. 제 학원이 속해 있는 Region 6는 매년 3월 3번째 토요일 날 fair 를 주최합니다. 저는 해마다 이 행사에 참여하고 있는데 재작년에는 심사위원, 작년에는 co-chair+심사위원, 그리고 올해 2012년에는 심사위원+학생들이 set up 해 놓은 poster 가 규격이나 여러 가지 규정에 맞는 지 확인해야 하는 역할까지 맡았었습니다. 특히 safety 심사를 위해서 행사장에 아침7시 반까지 꼭두새벽에 도착해야 되었습니다. 한데 가 보니 이 이른 시간에도 벌써 학교 정문은 열려있고 학생들이 양부모님이나 엄마나 아버지와 함께 포스터를 들고 display 장으로 바쁜 걸음으로 들어가고 있었습니다. 일단 Display장으로 들어가고 나서 자신의 번호를 찾아서 준비해 온 poster board를 준비 되어 있는 table 위에다 올려 놓았고, 어떤 부모님들은 아이를 보드 앞에서 포즈를 하게 한 뒤 사진을 찍기도 하였습니다. 행사장 안의 풍경을 둘러 보면 부모 없이 혼자 일찍 도착 한 학생들이 자기 table 을 찾아 board 를 올려 놓은 뒤 열심히 note card를 외우기 시작하기도 하고 어느 학생들은 자기의 친구들과 둘러 서서 잡담을 하거나 game을 하기도 했습니다. 한 학생은 아예 접히는 picnic 의자를 갖고 와 편한 자세로 책을 읽기 시작했습니다. 아마 이 학생은 베타랑인 것 같습니다. 왜냐면 심사위원 들이 와서 질문을 하기까지 적어도 1시간 이상이 있고 길면 거의 3시간을 기다려야 하는데 이 학생들은 이미 그런 스케줄을 알고 있는 것이죠.
올해 심사를 하며 한가지 기억에 남는 것은poster 도 특별히 아주 예쁘게 꾸몄던 동양인 여학생입니다. 많은 공을 들여서 장시간 노력을 한 것이 보이고 내용도 신통했으며 presentation도 떨지 않고 잘 한 학생입니다. 한데 중요한 2가지가 report에서 빠져있었고 또 hypothesis를 잘못 적어서 학생이 하려고 하는 실험의 뜻이 정확하지가 않았습니다. 어떻게 학교 선생님이 이렇게 기본적인 실수를 하도록 방치 했는지 이해가 가지 않았습니다. Regional Fair 의 심사는 규정(rubric)을 따라 채점을 해야 합니다. 규정대로 채점하고 나니까 이 학생의 성적은 Gold medal 타는 것에 1점이 모자랐습니다. Gold 로 뽑혀야 State Fair 에 가게 됩니다. 가슴아프지만 규정은 규정이니 이 학생이 State Fair로 진출 못할 것을 알면서 공정한 1점 모자라는 점수를 주었습니다. 한데 가슴이 좀 아팠습니다.
이 학생이 포스터 장식이 아닌 정작 중요한 리포트의 내용에 집중을 하였다면 같은 시간과 노력으로도 State에 까지 가는 경험을 얻었을 것이고 그 경험을 통해 고등학교에서 도 지속적으로 연구를 하여 ISEF에 진출 할 마음도 생길 수 있을 것이고 만약 ISEF에 선발되어 한번 다녀오고 나면 스스로 더 열심히 공부하고 research 를 찾아 내는 것을 할 것을텐데 하는 생각이 두고 두고 떠올랐습니다. 이 착실한 학생이 내년에는 제대로 지도해줄 수 있는 멘토를 만나 포스터 장식이 아닌 연구 내용에 집중하기를 바랍니다.
저는 항상 이런 행사에 참여하고 돌아오 오면 제 아이들을 중고등학교 때 잘못 지도해 준 것에 대한 미안한 생각을 가지게 됩니다. 특히 제 아들은 수학과 과학을 잘 하였고 소질도 있다고 생각 했었는데 저는 그 당시 이런 과학경시대회에 대한 정보가 없었습니다. 또 아이가 음악을 좋아하여 많은 시간을 음악 활동에 할애하고 있어 대학은 음악 쪽으로 갈 것이라 생각 했는데 웬걸 Engineering 으로 갔습니다. 결국 University of Illinois의 General Engineering 을 졸업하여 현재는 consultant로 일을 하고 있지만 이 아이가 고등학교 때 INTEL ISEF를 한번이라도 다녀오는 기회가 있었다면 대학 생활을 훨씬 더 유익하게 보내지 안았을까 하는 생각이 듭니다. 그리고 졸업하면서 직장 구할 때 3개월이 넘는 기간 동안 가고 싶은 회사가 되지 않는 마음 고생도 없지 않았을까 하는 생각도 들게 합니다.
물론 제 아들이 다닌 Fremd 고등학교는 시카고의 교외 지역의 많은 공립 고등학교처럼 Science Fair에 참가하지 않는 고등학교이기 때문에 사실 ISEF로 진출할 기회는 없었습니다. 그러니 제가 과학 경시대회에 대해 모른 것도 무리가 아닙니다. 하지만 저는 이제 개화되었고 Fremd같은 고등학교가 과학 경시대회에 참가할 의도조차 없다는 것을 알게 되고 나서는 (제가 공식적으로 신청을 했고 학교측에서 공식적으로 거절했습니다) 재능은 있지만 기회가 없는 학생을 위해 제 학원이 공식 Science Fair 참가 학교로 등록하였습니다. 그렇게 하여 일리노이의 우수하지만 과학경시대회에는 무관심한 고등학교에 (예: New Trier, Glenbrook North, Fremd, Barrington등) 다니는 학생을 위해 Sabio Academy를 통해 참가 할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. 이제는 일리노이의 어느 고등학교에 재학하고 있건 의욕만 있으면 ISEF에 진출할 첫 단계를 열어 주었는데 제 아들이 그 첫 혜택을 본 학생이면 얼마나 좋았겠습니까.
아직 학생이 9학년이 이하인 젊은 학부모님들, 과학에 관심을 보이는 자제분이 있으시면 반드시 이 과학 경시대회로 두각을 나타내는 준비를 시키세요. 시험준비와 달리 참된 교육이 되며 대입에도 가장 강도가 높은 특별활동 기록이 됩니다. 그리고 종목을 잘 선택하여 제대로 준비하면 고등학교 때 각종 인턴쉽의 기회도 열리게 되고 자신의 적성도 일찍 발견하게 됩니다.
제 학생을 피해 다니느라 번거로운 “서러움”
Written on April 20, 2012
By James H. Choi
http://Korean.SabioAcademy.com
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저는 매년 ISEF의 Grand Prize Judge 심사위원 일을 맡습니다. Computer Science를 두 해 심사하여 무엇을 어떻게 평가하는지를 배웠고, 작년에는 수학을 심사하여 순수수학/응용수학을 어떻게 평가하는지도 알게 되었습니다.
올해는 computer science에 제가 가르친 학생 둘이 출전하여 그 과목은 일찌감치 포기하고 물리를 심사하려고 했습니다.
한데 제가 가르친 학생 한명이 물리과로 ISEF에 출전을 하게 된 것입니다. 그래서 올해도 다시 한번 수학을 심사해야겠다고 결정했지만 지난 주말에 다른 학생이 수학으로 ISEF에 출전한다는 연락이 왔습니다.
제가 가르치는 과목은 수학, 물리, computer science인데 올해는 세 과목 모두 제 학생이 출전하게 되어 제가 갈 곳이 없게 되었습니다. 제가 과학경시대회를 가르치기 시작하면서 언젠가는 이런 날이 올 것이다 라고 기대했는데 2년만에 바로 현실이 되었습니다. 그래서 저는 이리 저리 밀리다가 올해는 환경학 (Environmental Science) 분야를 심사하기로 변경했습니다.
그리고 언젠가는 제 학생끼리 ISEF에서 경쟁할 것이라고 생각했는데 그 역시 Computer Science분야에 두 명이 진출해서 올해에 현실이 되었습니다.
이번 출전하는 제 학생 4명 중 2명은 제가 이번에 처음 만나게 됩니다. 학생들도 같은 수업을 받아 서로 이름과 목소리만 아는데 이번 ISEF에서 처음 만나게 됩니다.
그래서 본의 아니게 저는 Environmental Science의 심사가 어떻게 진행되는지 심도 있게 배우게 되었습니다. 또 압니까, 앞으로 그 분야의 연구도 제가 지도할 수 있게 될지?
언젠가는 ISEF의 과목마다 제 학생으로 가득차서 더 이상 피해 갈 분야가 없어지게 되면? 오래 살다 보면 그런 갈 곳 없는 “서러운” 날도 올지 모르겠습니다.
오래 살고 볼 일입니다.
Intel ISEF의 일반 공개일 Public Day
Written on April 6, 2012
By James H. Choi
http://Korean.SabioAcademy.com
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전 세계의 모든 Science Fair의 우승자들만 모이는 국제 과학 경진대회가 ISEF (International Science and Engineering Fair) 이다.
전 세계에서 약 1500명의 과학도가 모여 연구 결과를 심사위원에게 발표한다. 나는 지난 3년간 컴퓨터 사이언스 분야와 수학 분야를 심사했고 2012년5월에는 물리 분야를 심사할 것이다.
ISEF는 참가하는 학생에게는 항공편, 호텔 숙박비는 물론 용돈까지 받으며 참가하고 dance party, 지역관광까지 즐기는 1주일 내내 지속되는 잔치인데 심사위원에게는 수요일이 심사를 하는 날이고 외부인에게는 목요일이 일반 공개가 되는 날이다.
2012년의 일반 공개일 정보는 여기에 나와 있다.
MIT 를 목표로 하는 학생은 “누구나 다 잘 해야 하는 학교 수업을 잘 해낸 것” (MIT 입학 사정관의 표현) 으로 그치지 말고 “누가 시키지 않은 것을 자발적으로 해낸 경력을 보여야 하는데” (같은 분의 표현) 학생이 할 수 있는 여러가지 활동 중에 장래에 과학연구자가 되려는 학생에게 가장 직결이 되는 것이 바로 과학연구이다.
그리고 고등학생이 수준급의 과학연구를 했으면 출전해야 하는 곳이 바로 이 ISEF 이다. 그러니 내가 ISEF 심사하며 알게 된 학생들을 나중에 MIT나 Harvard에 가 보면 만나게 되는 것이 우연의 일치가 아니다.
인텔 STS가 더 권위가 있지만 STS는 12학년만 출전할 수 있고 결과가 발표되기 전에 조기 합격 발표가 나오게 되어 있다. 그리고 Intel STS에서 수상하는 학생들 대부분이 ISEF로 9학년 부터 잔뼈가 굵은 학생들이지 12학년에 갑자기 이런 수준의 과학 연구를 하게 되지 않는다.
학생이 과학에 관심이 있다면 중학교 때부터 이 ISEF 일반인 공개일에 가서 과연 어떤 연구를 어떻게 했길래 이런 국제 결승전까지 올라 왔는가 하고 직접 볼 수 있다. 누구나 무료로 입장 할 수 있다. 아침에 가면 Finalist들이 자신의 포스터 앞에 서서 관객의 질문에 답을 해준다. 오후에 가면 포스터만 보고 오게 된다.
참고로 나는 해마다 학생들을 모아 어느 연구가 잘 되었고 어느 연구가 부족했고 등을 설명해주는 투어를 하고 있다. 내가 설명하는 투어에 참가하시고 싶으신 분을 위한 상세한 설명은 여기에 있다.
사비오 칼럼 